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Empfangseinrichtung für drahtlose Zeichengebung.
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Strom in der 1. Antenne dem in der 2. Antenne voreilen, während in dem Falle, wo die Wellen aus der entgegengesetzten Richtung eintreffen, der Strom in der 2. Antenne dem in der 1. Antenne voreilen wird.
Auf Grund dieser Verschiedenheit der Phasen der Ströme, die von Wellen aus verschiedenen Richtungen in der Antenne erzeugt werden, ist es möglich, in einem Empfangskreis die Ströme unschädlich zu machen (neutralisieren), die von unerwünschten Wellen herrühren, ohne die Wirkung der Ströme aufzuheben, die von den erwünschten Signalwellen herkommen.
Um die gewollte Neutralisierung zu erreichen, ist es nicht notwendig, dass die beiden Wellenzüge aus der entgegengesetzten Richtung kommen ; wenn diese Bedingung auch besonders günstig ist, so kann doch die Phasenverschiebung, die zur Neutralisierung notwendig ist, so lange bestehen, als beide verschiedene Stationen in verschiedener Richtung von der Empfangssation liegen.
Die in beiden Antennen erzeugten Ströme werden einem Empfangskreis aufgedrückt. Zwischen die Antennen und dem Empfangskreis werden Apparate eingeschaltet, die die Phasenverschiebung hervorbringen und bewirken, dass die Ströme, die von einer unerwünschten Welle hervorgerufen werden, sich im Empfangskreis gegenseitig aufheben, während Ströme, welche von den Signalen herrühren, deren Empfang beabsichtigt ist, sich im Empfangskreis verstärken.
Um den Empfang von Zeichen an andern Stellen ausserhalb der Empfangsstation zu verhindern, werden eine oder mehrere Störungswellen gleicher Länge, wie die der Zeichen an einer oder mehreren Stellen erzeugt, welche ihrerseits so angeordnet sind, dass ihre Störung im Empfangsapparat neutralisiert wird. Wenn die Stelle oder die Stellen, an denen die Zeichen nicht empfangen werden sollen, alle wesent-
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lieh in derselben. Richtung von der Sendestation liegen, so wird eine einzige Störungswelle für den ge- wünschten Effekt genügen, sofern sie an einem ausgewählten Punkte zwischen Sendestation und der unerwünschten Empfangsstation liegt.
Wenn es aber eine grosse Zahl von Stellen gibt, an denen der
Empfang von Zeichen verhindert werden soll und wenn diese Stellen in etwas abweichender Richtung von der Sendestation liegen, kann es zweckmässig sein, zwei oder mehrere Wellen von so ausgewählten Punkten auszusenden, dass ihr Einfluss auf die gewünschte Empfangsstation aufgehoben wird, während an keinem der unerwünschten Punkte die Störungswelle neutralisiert werden kann.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen beschrieben, in welchen Fig. 1 schematisch einen Empfangskreis zeigt, Fig. 2 stellt einen geeigneten Phasenschieber dar, Fig. 3 ist ein Vektordiagramm, das die Phasenverhältnisse der verschiedenen Ströme im Empfangskreis bei einer bestimmten Arbeitsweise darstellt, Fig. 4 zeigt die Lage der Stationen zueinander, Fig. 5 ist ein Polardiagramm der Zeichenstärke bezogen auf die Richtung der Zeichen, Fig. 6 zeigt eine andere Lage der Stationen zueinander.
Fig. 7 stellt das Polardiagramm der Zeichenstärke nach Fig. 6, Fig. 8 zeigt eine geänderte Form der Empfangsschaltungen, die Fig. 9,10 und 11 zeigen erklärende Schemata der Empfangssehaltung nach Fig. 8, Fig. 12 zeigt ein Polardiagramm mit drei toten Punkten und Fig. 13 stellt eine verbesserte Empfangsschaltung nach Fig. 8 dar.
In Fig. 1 sind zwei Sendestationen A und B angedeutet, von welchen Wellen gleicher Wellenlänge ausgesandt werden mögen. Zwischen beiden Stationen sind zwei Empfangsantennen so angebracht, dass sie von der Empfangsstation 3 nach den Stationen A und B hin gerichtet sind. Diese Antennen bestehen aus langen horizontalen Drähten, die nahe über dem Erdboden ausgebreitet sind oder sogar direkt auf dem Erdboden liegen und gegen diesen isoliert sind. In einzelnen Fällen kann es sogar zweckmässig sein, sie in die Erde zu vergraben. Die beste Wirkung erhält man, wenn sie nach den beiden Stationen zu gerichtet sind. Aber diese besondere Form der Antennen ebenso wie ihre angedeutete Stellung ist nicht wesentlich, wie aus der folgenden Erklärung hervorgehen wird.
Wesentlich ist einzig der Umstand, dass die beiden Verteilungsmittelpunkte beider Antennen, die im vorliegenden Falle durch die Punkte 4 und 5 bezeichnet sind, mindestens von einer der beiden Stationen A und B in verschiedener Entfernung liegen, so dass die von beiden Stationen ausgehenden Wellen nicht die beiden Empfangsantennen gleichzeitig treffen und dass die von den in verschiedener Richtung wandernden Wellen erzeugten Ströme eine merklich zeitliche Phasendifferenz besitzen.
Beide Antennen sind bei 6 geerdet und die Spulen 7 und 8, welche in Serie mit den Antennen 1 und 2 liegen, bilden die Primärwicklung der verschieden fest koppelbaren Kupplungstransformatoren 9 und 10, deren Sekundärwicklungen 11 und 12 in zwei Stromkreisen liegen, in welche phasenverändernde Apparate eingeschaltet sind. Jeder dieser Stromkreise soll zwei Teile haben, welche bezüglich ihrer Phasenwinkel verschiedenen Charakter besitzen. In dem dargestellten Falle haben die Stromkreise zwei Zweige, deren einer den Widerstand 13, die Kapazität 14 und die Selbstinduktion 15 enthält, während der andere parallele Zweig einen Widerstand 16 und eine Selbstinduktion 17 besitzt.
Beide Zweige sind zweckmässig so ausgewählt, dass die resultierende Impedanz des ersten Zweiges kapazitiv, die des andern Zweiges induktiv ist.
Die Selbstinduktionen M und 17 bilden die Primärwicklung von Transformatoren mit veränderlicher Koppelung 18, 19, 20 und 21 ; die sekundären Spulen 22, 23 und 24,25 liegen in einem auf Resonanz abgestimmten Empfangskreis, der ausserdem eine Selbstinduktion 26 und einen Abstimmkondensator 27 enthält. Die beiden Kopplungstransformatoren 18, 19 sind zweckmässig so angeordnet, dass sie variiert werden können u. zw. so, dass die Kopplung des einen fester wird, wenn die des andern loser wird und dass die Festigkeit der einen Kopplung dann ein Maximum besitzt, wenn die andere ein Minimum hat.
Wie dies erreicht werden kann, zeigt Fig. 2, in welcher die Spulen 22 und 23 auf einer drehbaren Achse 28 rechtwinkelig zueinander montiert sind, u. zw. innerhalb der Spulen 15 und 17, welche beide in der gleichen Ebene liegen. Wenn die Spule 22 parallel zur Spule 15 steht, so ist die Kopplung zwischen beiden am festesten. Unter diesen Umständen steht die Spule 23 rechtwinkelig zu Spule li und die Kopplung zwischen beiden ist praktisch gleich null. Werden dann die Spulen 22 und 23 gedreht, so wird die Kopplung zwischen 15 und 22 loser, die zwischen Spule 17 und 23 fester werden. bis Spule 22 eine Stellung rechtwinkelig zu Spule 17 einnimmt.
Werden die Spulen in der gleichen Richtung weiter gedreht, so wird sich der Vorgang umkehren und die Richtung der Kopplung wird ebenfalls umgekehrt gegenüber den ersten 900 der Bewegung. Die Kopplungstransformatoren 20 und 21 sind in ähnlicher Weise angeordnet.
Die im Empfangskreis induzierten Ströme werden in der angegebenen Weise auf den Gitterkreis eines Detektors der Elektronenrohrentype übertragen. Handelt es sich um ungedämpfte Schwingungen bei den zu empfangenden Signalen, so kann man die Empfangsröhre so einrichten, dass sie lokale Sehwingungen erzeugt, die für den Schwingungsempfang notwendig sind. Das geschieht mittels einer losen Kopplung zwischen Spule 31 in dem Plattenkreis und der Spule 32 im Gitterkreis.
Das beschriebene Empfangssystem ist geeignet, Zeichen von Stationen dz und B ohne Störung aufzunehmen, wenn Wellen gleicher Länge von beiden Stationen gesandt werden. Das geschieht in folgender Weise : Nehmen wir als einfachsten Fall an, dass beide Antennen sich in gerader Linie zwischen A
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und B erstrecken und dass ihre Verteilungsmittelpunkte 4 und 5 gerade um ein Viertel Wellenlänge von einander entfernt sind, dann erreicht ein von A ausgehender Impuls die Antenne 1 um 74 Periode früher als Antenne 2.
Der in der Antenne 1 erzeugte Strom wird deshalb dem in der Antenne 2 erzeugten Strom um 900 vorteilen. Diese beiden Ströme mögen im Diagramm der Fig. 3 durch die Vektoren Al und A2 dargestellt sein. Eim Impuls, der von B ausgeht, wird anderseits die Antenne 2 zuerst und die Antenne 1 um 74 Periode später erreichen, so dass der von ihm in Antenne 2 erzeugte Strom dem in der Antenne 1 erzeugten Strom um 900 voreilt. Diese beiden Ströme mögen durch die Vektoren BI und J1l wiedergegeben sein. Der bequemeren Darstellung wegen sind Al und B als in Phase befindlich angenommen, jedoch ist das keine wesentliche Bedingung.
Nun wollen wir annehmen, dass der Strom in dem kapazitiven Zweige, der mit Antenne 1 verknüpft ist, dem Hauptstrom um 45 voreiJt und dass der Strom im induktiven Zweige um 450 hinter dem Hauptstrom zurückbleibt. Die Vektoren dieser beiden Ströme mögen durch Ar 1 Bel und Bi] dargestellt sein. Nehmen wir die gleichen Bedingungen für den Strom an, der mit Antenne 2 verknüpft ist, so sollen die Ströme in den beiden Zweigen durch die Vektoren Ae2, L'z, B und B'2 dargestellt sein.
Wenn nun die Kupplungstransformatoren so eingestellt werden, dass nur der induktive Zweig des ersten Kreises und nur der kapazitative Zweig des zweiten Keises mit dem Empfangskreis gekoppelt ist, dann werden die dem Empfangskreis aufgedrückten Ströme dargestellt
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B'i, und B direkt entgegengesetzte Phasen haben und dass die Vektoren JL'i uns Aez in Phase sind. Wenn also Bil und Bel gleiche Stärke haben, so werden sie sich gegenseitig aufheben, während Ail und Ae2 sich im Empfangskreis verstärken. Die beiden Ströme B'i und Be2 können leicht auf die gleiche Stärke gebracht werden durch Veränderung der Kopplung einer der beiden Kopplungstransformatoren 9 und 10.
Wenn man Zeichen von der Station B zu empfangen wünscht, kann die Wirkung der von A ausgehenden Zeichen leicht dadurch aufgehoben werden, dass man nur den kapazitiven Zweig der 1. Antenne und den induktiven Zweig der 2. Antenne mit dem Empfangskreis koppelt.
Während in der obigen Erklärung die vorzugsweise Bedingung der Arbeitsweise dargestellt ist, ist es für die erfolgreiche Verwendung des erfindungsgemässen Empfangssystems keinesfalls wesentlich, dass die Phasenverhältnisse der verschiedenen Ströme mit den in Fig. 3 dargestellten übereinstimmen. Es leuchtet ein, dass durch passende Einrichtung der Phasenschieberkreise in beiden Zweigen Ströme hervorgerufen werden können, die gegenüber dem Hauptstrom um mehr als 450 vor oder nacheilen und dass durch Veränderung der Kopplung zwischen den Stromkreisen dem Empfangskreise Ströme aufgedrückt werden können, die gegenüber den in der Antenne erzeugten Strömen um jeden beliebigen Winkel vor-oder nacheilen.
Es wird daher stets möglich sein, den Apparat so einzustellen, dass diejenigen Ströme, die von den unerwünschten Signalen in beiden Antennen erzeugt werden, in dem Empfangskreis neutralisiert werden ; während es unter andern als den beschriebenen Bedingungen nicht möglich ist, die Abgleichung so zu treffen, dass die von den gewünschten Signalen erzeugten Ströme direkt in Phase sind, werden sie sich doch stets mit jedem andern unter einem Winkel von weniger als 180 vereinigen und sich nicht aufheben, wenn der Apparat auf die Vernichtung der unerwünschten Signale eingestellt ist, so lange die Phasenbeziehung zwischen den beiden Strömen von Station A nicht dieselbe ist, wie die zwischen den beiden Strömen von Station B.
Das beschriebene Empfangssystem ist auch geeignet, den Empfang von Zeichen durch unbefugte Personen zu verhindern. Will man Signale von Station A empfangen und den Empfang von Zeichen an einem andern Punkte verhindern, so kann eine Störungswelle gleicher Länge wie die der Signalwelle der Station B erzeugt werden. Diese Wellen kann man in Punkten zwischen A und B neutralisieren, weil in solchen Fällen beide Wellen in entgegengesetzter Richtung wandern und daher die Phasenbeziehung zwischen den beiden Strömen von Station 4 eine andere sein wird, wie die zwischen den beiden Strömen von Station B.
In andern Stellen aber auf derselben Linie zwischen A und B, wo beide Wellen in gleicher Richtung wandern, kann die Störungswelle nicht neutralisiert werden und daher können dort die Signale von Station A nicht empfangen werden. Während es möglich wäre, bei grosser Entfernung zwischen Station A und B die von A ausgehenden Zeichen an solchen Punkten aufzunehmen, die näher an A als an Station B liegen u. zw. wegen der verschiedenen Stärke der Energien, würde an solchen Stellen, die der Station B näher liegen als der Station A die Störungswelle natürlich viel stärker sein als die signierten Wellen und deshalb können die Zeichen nicht aufgenommen werden, wenn sieh beide Wellen in derselben Richtung ausbreiten.
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So gibt die Anordnung offenbar keine Neutralisation mehr, denn anstatt von den Stationen C und D Nullempfang zu bekommen, wird der wirkliche Empfang gemäss der gestrichelten Veetor-Linie in Fig. 5 sein. Nullempfang von den Stationen C und D kann man erhalten, wenn man die Antennenriehtung wie in Fig. 6 gezeigt, so einstellt, dass sie den Winkel zwischen GRund D R halbiert. Dies würde einecharak- teristik ergeben, welche in der Fig. 7 ersichtlich ist, wo L-L die Richtung darstellt, in welcher sich die neue Empfangsantenne erstreckt. Es ist jedoch auch möglich, ein Diagramm nach Fig. 7 zu erhalten, ohne die Richtung der Antenne zu ändern, dass ist mit einer Antenne, die sich in ihrer ursprünglichen in Fig. 5 gezeichneten Richtung erstreckt.
Dies geschieht unter Verwendung der in Fig. 8 gezeichneten Apparatur, zu deren Erklärung die Fig. 9,10 und 11 dienen.
Wenn die Antenne 0 der Fig. 9 an den Mittelpunkt einer Antenne angeschlossen ist, die mit jedem Ende geerdet ist, so ist dies in Wirklichkeit dasselbe, als ob die Antenne 0 direkt geerdet wäre. und die Resultante wird durch einen Vector dargestellt, der sich in der Richtung der Antenne 0 erstreckt (Fig. 10).
Ist jedoch die Antenne nicht an den Mittelpunkt der zweiten Antenne angeschlossen, sondern seitlich davon, so geht das Diagramm in das in Fig. 11 dargestellte über und die resultierende, wirksame Antennenrichtung ist die, durch die vollausgezogene Veetorlinie x der Fig. 11 dargestellte ; d. h. durch Verwendung des in Fig. 8 dargestellten Apparates ist es möglich, bei gegebener Richtung der Antenne, ihre wirksame Richtung innerhalb gewisser Grenzen nach Wunsch zu ändern. In diesem Falle sind zwei ähnliche Empfangsantennen 33 und 34 vorgesehen, die sieh von der Empfangsstation aus in entgegengesetzter Richtung ausbreiten und zwei andere ähnliche Antennen 35 und 36, die sich von der Empfangsstation aus im rechten Winkel zu der Richtung der Antennen 33 und 34 erstrecken.
Die äusseren Enden der Antennen 35 und 36 sind geerdet und die der Station zugerichteten Enden sind über eine Impedanz ver- bunden, die jede gewünschte Form haben kann und die im vorliegenden Falle durch eine Reihe von Konden- satoren 37 dargestellt ist. Wenn man die Antennen 33 und. 34 mit verschiedenen Punkten der Impedanz : 37 verbindet, so kann die wirksame Richtung des Antennensystems verändert werden. Wären z. B. beide Antennen 33 und 34 mit dem Mittelpunkte der Impedanz 37 verbunden, der in bezug auf die Antennen
35 und 36 einen neutralen Punkt darstellt, so liegt die wirksame Richtung des Systems in der Linie der Antennen 33 und 34.
Werden aber die Verbindungen an anderer Stelle vorgenommen, wie in der Zeichnung angegeben ist, so wird die wirksame Richtung. in eine Linie fallen, welche den Winkel zwischen den Antennen 34 und 3J schneidet und die Lage dieser Linie wird abhängig von der Charakteristik der beiden Antennen 34 und 35. Wenn man die Anschlusspunkte vertauscht, d. h. Antenne-M mit 36 und Antenne 3 : J mit 35 verbindet, so fällt die wirksame Richtung des Systems in eine Linie, die den Winkel zwischen Antenne 34 und 35 schneidet. Hat man das Antennensystem so eingestellt, dass dessen Richtung die gewünschte ist, so wird der Empfang von Signalen und die Neutralisierung von Störungen in derselben Weise durchgeführt, wie bei dem Antennensystem in Fig. 1.
Die Mittel zur Phasenverschiebuna ; sind dann bei 38 und 39 angedeutet.
Es ist wünschenswert bei der Verstellung der wirksamen Antennenrichtung, dass man zwei dazwischen tretende Sender in die toten oder blinden Stellen des Empfängers fallen lassen kann. Aus Fig. 4 bis 10, sieht man, dass es nur zwei tote Stellen in diesem Empfangsdiagramm gibt und dass man daher damit nicht drei interferierende Stationen ausscheiden kann. Um dies zu ermöglichen, muss man eine Empfangscharakteristik mit drei toten Punkten verwenden und eine solche Charakteristik zeigt Fig. 12.
Die Apparatur welche zur Erlangung dieser Charakteristik einstellbar ist, zeigt die Fig. 13.
In diesem Falle werden vier Antennen benötigt. Zwei von ihnen, 40 und 41, sind lange horizontalliegende Antennen, während die beiden andern, 42 und 43, Schirmantennen sind oder irgend eineandere gewünschte Form erhalten, deren Verteilungsmittelpunkte nahe der Empfangsstation liegen. Wenn man mit diesem System Signale empfängt, kann man die Anordnung folgendermassen treffen, um Störungen von den Stationen G, Hund J (Fig. 12) aufzuheben : Die Phasenverschiebungsapparate 44 und 4J lassen sich so einstellen, dass sie die Störungen von G und H neutralisieren. Die phasenve-sehiebenden Apparate 46 und 47 können dann so abgeglichen werden, dass sie die Störung von der Station J aufheben.
Dadurch wird die Einwirkung von Wellen aus allen drei Richtungen G. H und J auf den Empfangskreis 48 ausgeschaltet und Zeichen von Station A können mit maximaler Lautstärke empfangen werden.
Es sei noch bemerkt, dass Fig. 8 die Mittel zeigt, durch welche die wirksame Antennenriehtung ge- ändertwerden kann, ohne dass die tatsächliche physische örtliche. Lage der Antenne, sich ändert und wodurch man zwei interferierende Stationen ausschalten kann, während Fig. 13 die Apparatur zeigt, wodurch derselbe Zweck mit grösserer Genauigkeit und Unifang erzielt werden kann.
Das beschriebene Empfangssystem ist ferner von grossem Nutzen für die Ausschaltung unbeabsichtigter, zufälliger Störungen. Wenn das System so abgeglichen ist, dass es störende Wellen von irgendeiner Richtung her neutralisiert, so wird auch der Einfluss solcher zufälliger Störungen neutralisiert, die aus dieser Richtung kommen.
Bei derAusführung der Erfindung ist es zweckmässig, dieEmpfangsantenne aperiodisch zu machen, und ebenso sollten die Zwischenkreise, welche die Phasenverschiebungsapparate enthalten, periodisch sein. Wenn man den Apparat in dieser Weise durchbildet, so dass die Phasendifferenzen im unabgestimmten Kreise erzielt werden, wird die Einstellung des Apparates in viel höherem Masse fast unabhängig von
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Frequenzschwankungen, als es der Fall wäre, wenn man abgestimmte Kreise anwendet, bevor die Ströme dem Empfangskreis aufgedrückt werden, und auch die Neutralisierung zufälliger Störer ist viel wirkungsvoller.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Empfangseinrichtung für drahtlose Zeichengebung, dadurch gekennzeichnet, dass eine periodische Empfangsantenne (1, 2) mit der Empfangsstation durch Vermittlung eines periodischen Zwischenkreises
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